专利名称：基于自耦移相变压器和双六脉波整流的ups电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源技术领域，具体的说，涉及基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源。
背景技术：
全球工业化信息化经济对高品质的大功率UPS电源的需求越来越旺盛，鉴于工频UPS电源具有对供电环境适应能力强、可靠性高、抗冲击负载能力强等优点，工频 UPS电源在各行业领域中得到广泛应用。为解决传统大功率三相工频UPS输入侧整流导致的电力谐波污染问题，一般采用基于全隔离12脉波自耦移相变压器Tl，或者半功率12脉波自耦移相变压器Tl平衡电抗器的12脉波整流技术，来抑制6脉波整流产生的5、7次谐波，该种方式存在12脉波自耦移相变压器Tl体积大、重量重、成本高的问题；而且传统单一主功率回路结构不便于功率更大的UPS电源功率单元集成。
发明内容本实用新型目的在于解决现有技术的不足，提供一种结构紧凑、抗干扰能力强，且体积小、成本低、可有效降低侧电力谐波干扰的UPS电源拓扑结构。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、12脉波自耦移相变压器Tl、两路并联连接的输出装置、储能装置、旁路静态开关装置和充电器；12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，12脉波自耦移相变压器Tl设有两组三相交流输出端，分别为超前组三相交流输出端和滞后组三相交流输出端，其中一路输出装置包括依次连接的超前组6脉波整流器、超前组三相逆变器、超前组工频隔离变压器T2以及超前组主路静态开关装置；另一路输出装置包括依次连接的滞后组6脉波整流器、滞后组三相逆变器、滞后组工频隔离变压器T3以及滞后组主路静态开关装置；所述超前组三相交流输出端与超前组6脉波整流器的三相交流输入端连接，滞后组三相交流输出端与滞后组6脉波整流器的三相交流输入端连接；超前组主路静态开关装置的三相交流输出端和滞后组主路静态开关装置的三相交流输出端分别与电源三相交流输出端连接，旁路静态开关装置的三相交流输出端亦与电源三相交流输出端连接；所述储能装置设有超前组输出端和滞后组输出端，超前组输出端与超前组三相逆变器的直流输入端连接，滞后组输出端与滞后组三相逆变器的直流输入端连接；储能装置的输入端与充电器的直流输出端连接，充电器的三相交流端与电源三相交流输入端连接，旁路静态开关装置的三相交流输入端亦与电源三相交流输入端连接。进一步地，12脉波自耦移相变压器Tl输出到上述并联两路的输出装置的三相交流电的相互相位差为30度。进一步地，所述储能装置包括蓄电池组和两个用于电流定向流动的定向耦合单元，一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的正极和滞后组三相逆变器的输入端的正极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的正极连接；另一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的负极和滞后组三相逆变器的输入端的负极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的负极连接；所述充电器的直流输出端与蓄电池组连接；超前组6脉波组整流器的输出电压和滞后组6脉波组整流器的输出电压均高于所述蓄电池组的电压。实际实行时，超前组6脉波组整流器的输出电压和滞后组6脉波组整流器的输出电压均略高于所述蓄电池组的电压，均高出O. OflV左右的电压。进一步地，所述定向耦合单元包括两个二极管，所述一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，且所述一个定向耦合单元的两个二极管的负极均与蓄电池组的正极连接；所述另一个定向耦合单元的两个二极管的负极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极和滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，且所述另一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与蓄电池组的负极连接。进一步地，所述定向耦合单元还包括一个开关组，开关组包括两个开关装置，两个开关装置分别与定向耦合单元的两个二极管并联连接。 进一步地，所述储能装置还包括接触器JK1、JK2，分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管Dl、D2为超前组二极管，分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D3、D4为滞后组二极管；超前组二极管的两个二极管Dl、D2分别并联接触器JKl的主触头，滞后组二极管的两个二极管D3、D4分别并联接触器JK2的主触头。进一步地，所述12脉波自耦移相变压器Tl为12脉波30度自耦移相变压器，所述超前组三相交流输出端为Al、BI、Cl ;所述滞后组三相交流输出端为A2、B2、C2 ；超前组6脉波组整流器的超前组可控三相整流电路由电感组LI和单向可控硅元件SCR1、SCR3、SCR5、SCR4、SCR6、SCR2以及电容Cl组成，其中电感组LI由电感L11、电感L12和电感L13组成，电感Lll的一端与Al端连接，电感Lll的另一端分别与单向可控硅元件SCRl的正极、SCR4的负极连接；电感L12的一端与BI端连接，电感L12的另一端分别与单向可控硅元件SCR3的正极、SCR6的负极连接；电感L13的一端与Cl端连接，电感L13的另一端分别与单向可控硅元件SCR5的正极、SCR2的负极连接；电容Cl的正极分别与单向可控硅元件SCRU SCR3、SCR5的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容Cl的负极分别与单向可控硅元件SCR2、SCR4、SCR6的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述超前组三相逆变器的超前组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT4、IGBT6和IGBT2组成，其中绝缘栅双极型晶体管IGBTUIGBT3和GBT5的集电极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的正极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的发射极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的负极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT3和GBT5的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT3和GBT5的发射极还分别与超前组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端与超前组三相逆变器的三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器Τ2采用D/Y11接法，超前组工频隔离变压器Τ2与超前组主路静态开关装置之间设有由电容C31、C32、C33组成的电容组C3，超前组工频隔离变压器Τ2的三相交流输出端为A3、B3、C3 ;电容C31的一端分别与电容C33的一端和三相交流输出端A3连接，电容C31的另一端分别与电容C32的一端和三相交流输出端B3连接，电容C32的另一端分别与电容C33的另一端和三相交流输出端C3连接；超前组工频隔离变压器T2和电容组C3组成超前组LC低通滤波器，所述超前组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9组成，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的一端分别与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输出端A3、B3、C3连接，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的另一端分别与电源三相交流输出端连接；滞后组6脉波组整流器的滞后组可控三相整流电路由电感组L2和单向可控硅元件SCR1\SCR3\SCR5\SCR4\SCR6\SCR2'以及电容C2组成，其中电感组L2由电感L21、电感L22和电感L23组成，电感L21的一端与A2端连接，电感L21的另一端分别与单向可控硅元件SCRl'的正极、SCR4'的负极连接；电感L22的一端与B2端连接，电感L22的另一端分别与单向可控硅元件SCR3,的正极、SCR6,的负极连接；电感L23的一端与C2端连接，电感L23的另一端分别与单向可控硅元件SCR5'的正极、SCR2'的负极连接；电容C2的正极 分别与单向可控硅元件SCRf、SCR3'、SCR5'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容C2的负极分别与单向可控硅元件SCR2'、SCR4'、SCR6'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述滞后组三相逆变器的滞后组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3,、IGBT5,、IGBTf、IGBT6,和IGBT2'组成，其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的集电极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的正极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4\IGBT6'和IGBT2'的发射极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的负极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4\IGBT6'和IGBT2'的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极还分别与滞后组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输入端与滞后组三相逆变器的三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3采用D/Y11接法，滞后组工频隔离变压器T3与滞后组主路静态开关装置之间设有由电容C41、C42、C43组成的电容组C4，滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输出端为A4、B5、C6 ;电容C41的一端分别与电容C43的一端和三相交流输出端A4连接，电容C41的另一端分别与电容C42的一端和三相交流输出端B4连接，电容C42的另一端分别与电容C43的另一端和三相交流输出端C4连接；滞后组工频隔离变压器T3和电容组C4组成滞后组LC低通滤波器，所述滞后组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12组成，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的一端分别与滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输出端A4、B4、C4连接，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的另一端分别与电源三相交流输出端连接；所述旁路静态开关装置由双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15组成，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的一端分别与电源三相交流输入端连接，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的另一端分别与电源三相交流输出端连接。[0012]进一步地，电源三相交流输入端与12脉波自耦移相变压器Tl之间设有三相输入开关装置CBl和熔断器组，熔断器组由熔断器FUSE1、FUSE2和FUSE3组成，熔断器FUSE1、FUSE2和FUSE3的一端与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端连接，熔断器FUSEU FUSE2和FUSE3的另一端与三相输入开关装置CBl的输出端连接，三相输入开关装置CBl的输入端与电源三相交流输入端连接。进一步地，所述熔断器FUSEl、FUSE2和FUSE3的一端设有霍尔电流传感器HPl、HP2和HP3，且熔断器FUSEl、FUSE2和FUSE3的一端分别通过霍尔电流传感器HPl、HP2和HP3与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端连接。进一步地，所述基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源还包括用于控制逆变器输出的同步控制单元，同步控制单元的输入端与电源三相交流输入端连接，同步控制单元设有两组输出端，一组输出端与超前组三相逆变器的控制端连接，另一组输出端与滞后组三相逆变器的控制端连接。进一步地，超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极与超前组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP5 ;滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP6 ;超前组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP7、HP8和HP9，滞后组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T3的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP10、HP11和HP12 ;所述电源三相交流输出端设有断路器CB3，断路器CB3的一端分别与超前组主路静态开关装置的输出端、滞后组主路静态开关装置的输出端和旁路静态开关装置的输出端对应连接，断路器CB3的另一端与电源三相交流输出端连接；旁路静态开关装置的输入端与电源三相交流输入端之间设有断路器CB2，电源三相交流输入端与电源三相交流输出端之间设有断路器CB4。本实用新型的有益效果为基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、12脉波自耦移相变压器Tl、两路并联连接的输出装置、储能装置、旁路静态开关装置和充电器；12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，12脉波自耦移相变压器Tl设有两组三相交流输出端，分别为超前组三相交流输出端和滞后组三相交流输出端，其中一路输出装置包括依次连接的超前组6脉波整流器、超前组三相逆变器、超前组工频隔离变压器T2以及超前组主路静态开关装置；另一路输出装置包括依次连接的滞后组6脉波整流器、滞后组三相逆变器、滞后组工频隔离变压器T3以及滞后组主路静态开关装置；所述超前组三相交流输出端与超前组6脉波整流器的三相交流输入端连接，滞后组三相交流输出端与滞后组6脉波整流器的三相交流输入端连接；超前组主路静态开关装置的三相交流输出端和滞后组主路静态开关装置的三相交流输出端分别与电源三相交流输出端连接，旁路静态开关装置的三相交流输出端亦与电源三相交流输出端连接；所述储能装置设有超前组输出端和滞后组输出端，超前组输出端与超前组三相逆变器的直流输入端连接，滞后组输出端与滞后组三相逆变器的直流输入端连接；储能装置的输入端与充电器的直流输出端连接，充电器的三相交流端与电源三相交流输入端连接，旁路静态开关装置的三相交流输入端亦与电源三相交流输入端连接。本实用新型采用两路并联输出装置，使得本实用新型的使用可靠性增加；同时将工频隔离变压器设置于两路输出装置的三相逆变器的后面，实现两路对称三相电的并联和隔离输出，有效降低了工频UPS电源整流侧整流变压器的额定功率、体积、重量以及成本。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的12脉波自耦移相变压器Tl的绕组结构和连接示意图。图3为本实用新型的两路输出装置的同步隔离输出并联三相逆变器主电路图。图4为本实用新型的储能装置的结构示意图。图5为本实用新型的系统原理图。
具体实施方式
实施例如图I至图4所示，基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、12脉波自耦移相变压器Tl、两路并联连接的输出装置、储能装置、旁路静态开关装置和充电器；12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，12脉波自耦移相变压器Tl设有两组三相交流输出端，分别为超前组三相交流输出端和滞后组三相交流输出端，其中一路输出装置包括依次连接的超前组6脉波整流器、超前组三相逆变器、超前组工频隔离变压器T2以及超前组主路静态开关装置；另一路输出装置包括依次连接的滞后组6脉波整流器、滞后组三相逆变器、滞后组工频隔离变压器T3以及滞后组主路静态开关装置；所述超前组三相交流输出端与超前组6脉波整流器的三相交流输入端连接，滞后组三相交流输出端与滞后组6脉波整流器的三相交流输入端连接；超前组主路静态开关装置的三相交流输出端和滞后组主路静态开关装置的三相交流输出端分别与电源三相交流输出端连接，旁路静态开关装置的三相交流输出端亦与电源三相交流输出端连接；所述储能装置设有超前组输出端和滞后组输出端，超前组输出端与超前组三相逆变器的直流输入端连接，滞后组输出端与滞后组三相逆变器的直流输入端连接；储能装置的输入端与充电器的直流输出端连接，充电器的三相交流端与电源三相交流输入端连接，旁路静态开关装置的三相交流输入端亦与电源三相交流输入端连接。进一步地，12脉波自耦移相变压器Tl输出到上述并联两路的输出装置的三相交流电的相互相位差为30度。本实用新型工作时，12脉波自耦移相变压器Tl的输入端通过电源相交流输入端与市电连接，市电经过12脉波自耦移相变压器Tl降压并分两路通过两路并联的输出装置对外输出，在对外输出时，超前组工频隔离变压器、滞后组工频隔离变压器分别设置于上述的两路输出装置之中，对电路进行分别隔离，因此两个工频隔离变压器的功率较小，可以做到小型化、轻量化，有利于集成；在市电正常的情况下，旁路静态开关为断开状态，12脉波自耦移相变压器Tl将输入的对称三相交流电源移相为两组相位对应互差30度的对称三相交流电源；两组对称三相交流电源分别经过超前组6脉波整流器、滞后组6脉波整流器整流后，输出两路独立直流电源分别供给后级的三相逆变器；此时，市电三相电源通过充电器对储能装置进行充电；超前组三相逆变器和滞后组三相逆变器相互对立，分别输出对称三相电到超前组工频隔离变压器、滞后组工频隔离变压器，超前组、滞后组工频隔离变压器和超前组、滞后组主路静态开关装置实现两组对称三相电的并联输出。在常规情况下，需要利用大电感耦合的大电流平衡电抗器，才能实现双6脉波整流器输出的直流侧并联，由于其成本高，抵消了 12脉波整流带来的经济效益。本实用新型避开了使用笨重的平衡电抗器，分别采用两个主电路完全相同的独立逆变通道，逆变通道由三相逆变器、工频隔离变压器和主路静态开关装置组成，这样双6脉波整流就不能通过直流侧并联形成环流，从而使自耦移相变压器精确实现了 12脉波整流，极大地减小了输入电流谐波。两个主电路完全相同的独立逆变通道其输出分别通过超前组、滞后组工频隔离变压器隔离后，由两路的超前组、滞后组主路静态开关装置实现并联输出，这样既保住了 6脉 波整流输出功率的平衡，又增强了系统的可靠性。参考图3，工作时，两路独立逆变通道按相同规律工作，输出各相频率、相位和幅值相同的三相电；并使输出三相电与输入电网电压同 止/J/ O本实用新型对外供电采用冗余设计，稳定可靠性高，可持续对外供电。本实用新型的装置正常工作时，有两路输出装置对外供电，当某一路输出装置出现故障时，另一路输出装置仍然可以对外供电；当两路的输出装置均出现故障时，两路的主路静态开关装置将会自动断开，旁路静态开关装置将会连通，进行旁路输出；当市电中断，储能装置将直接对两路的输出装置的三相逆变器进行供电，提供直流电能。本实用新型采用12脉波自耦移相变压器Tl和两路输出装置的配合方式，在极大降低常规12脉波自耦移相变压器容量的情况下，实现了 12脉波整流，有效降低了 AC — DC整流的网侧输入电流谐波、有效抑制5、7次谐波。进一步地，所述储能装置包括蓄电池组和两个用于电流定向流动的定向耦合单元，一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的正极和滞后组三相逆变器的输入端的正极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的正极连接；另一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的负极和滞后组三相逆变器的输入端的负极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的负极连接；所述充电器的直流输出端与蓄电池组连接；超前组6脉波组整流器的输出电压和滞后组6脉波组整流器的输出电压均高于所述蓄电池组的电压。实际实行时，超前组6脉波组整流器的输出电压和滞后组6脉波组整流器的输出电压均略高于所述蓄电池组的电压，均高出O. OflV左右的电压。本实用新型采用两个定向耦合单元和蓄电池组配合的方式，实现双直流回路结构；两个直流回路共用一组蓄电池组，结构简单，成本低。本实用新型工作时，且当各个装置正常工作时，两路的输出装置的整流器的输出电压均高于所述蓄电池组的电压，即两路的三相逆变器的输入电压高于蓄电池组的电压，由于蓄电池组通过定向耦合单元与三相逆变器连接，此时蓄电池组不对三相逆变器进行供电，且定向耦合单元阻止电流流向蓄电池组。当市电中断时，整流器不能对三相逆变器进行供电，此时蓄电池组的电压高于三相逆变器的输入端电压，蓄电池组直接对三相逆变器进行供电；使得UPS电源可以持续供电。进一步地，所述定向耦合单元包括两个二极管，所述一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，且所述一个定向耦合单元的两个二极管的负极均与蓄电池组的正极连接；所述另一个定向耦合单元的两个二极管的负极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极和滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，且所述另一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与蓄电池组的负极连接。通过二极管实现电流的定向流动，结构简单、成本低。进一步地，所述定向耦合单元还包括一个开关组，开关组包括两个开关装置，两个开关装置分别与定向耦合单元的两个二极管并联连接。当市电正常供应，且各装置正常工作时，定向耦合单元的开关组断开；当市电中断后，定向耦合单元的开关组的两个开关闭合，二极管形成短路；减少二极管的能耗，节省能源；提高UPS系统的效率。 进一步地，所述储能装置还包括接触器JK1、JK2，分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管Dl、D2为超前组二极管，分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D3、D4为滞后组二极管；超前组二极管的两个二极管Dl、D2分别并联接触器JKl的主触头，滞后组二极管的两个二极管D3、D4分别并联接触器JK2的主触头。DU D2构成蓄电池向超前组直流母线供电的单向通道，在Dl和D2上分别并联一个接触器JKl的主触头；同样，D3、D4构成蓄电池向滞后组直流母线供电的单向通道，在D3和D4上也分别并联一个接触器JK2的主触头。在市电正常情况下，JKl和JK2是断开的，由于蓄电池组电压略低于两整流输出的直流母线电压，蓄电池回路对两组直流母线不会产生影响，因而不影响双六脉波全桥整流实现12脉波整流。当市电不正常时，控制电路控制接触器JK1、JK2闭合，消除了二极管Dl、D2、D3、D4的导通损耗，提高了蓄电池放电时UPS系统的效率。进一步地，所述12脉波自耦移相变压器Tl为12脉波30度自耦移相变压器，所述超前组三相交流输出端为Al、BI、Cl ;所述滞后组三相交流输出端为A2、B2、C2 ;超前组6脉波组整流器的超前组可控三相整流电路由电感组LI和单向可控硅元件SCR1、SCR3、SCR5、SCR4、SCR6、SCR2以及电容Cl组成，其中电感组LI由电感L11、电感L12和电感L13组成，电感Lll的一端与Al端连接，电感Lll的另一端分别与单向可控硅元件SCRl的正极、SCR4的负极连接；电感L12的一端与BI端连接，电感L12的另一端分别与单向可控硅元件SCR3的正极、SCR6的负极连接；电感L13的一端与Cl端连接，电感L13的另一端分别与单向可控硅元件SCR5的正极、SCR2的负极连接；电容Cl的正极分别与单向可控硅元件SCRU SCR3、SCR5的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容Cl的负极分别与单向可控硅元件SCR2、SCR4、SCR6的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述超前组三相逆变器的超前组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT3、IGBT5、IGBT4、IGBT6和IGBT2组成，其中绝缘栅双极型晶体管IGBTUIGBT3和GBT5的集电极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的正极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的发射极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的负极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT3和GBT5的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT3和GBT5的发射极还分别与超前组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端与超前组三相逆变器的三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器T2采用D/Y11接法，超前组工频隔离变压器T2与超前组主路静态开关装置之间设有由电容C31、C32、C33组成的电容组C3，超前组工频隔离变压器T2的三相交流输出端为A3、B3、C3 ;电容C31的一端分别与电容C33的一端和三相交流输出端A3连接，电容C31的另一端分别与电容C32的一端和三相交流输出端B3连接，电容C32的另一端分别与电容C33的另一端和三相交流输出端C3连接；超前组工频隔离变压器T2和电容组C3组成超前组LC低通滤波器，所述超前组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9组成，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的一端分别与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输出端A3、B3、C3连接，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的另一端分别与电源三相交流输出端连接；滞后组6脉波组整流器的滞后组可控三相整流电路由电感组L2和单向可控硅元件SCR1\SCR3\SCR5\SCR4\SCR6\SCR2'以及电容C2组成， 其中电感组L2由电感L21、电感L22和电感L23组成，电感L21的一端与A2端连接，电感L21的另一端分别与单向可控硅元件SCRl'的正极、SCR4'的负极连接；电感L22的一端与B2端连接，电感L22的另一端分别与单向可控硅元件SCR3,的正极、SCR6,的负极连接；电感L23的一端与C2端连接，电感L23的另一端分别与单向可控硅元件SCR5'的正极、SCR2'的负极连接；电容C2的正极分别与单向可控硅元件SCRf、SCR3'、SCR5'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容C2的负极分别与单向可控硅元件SCR2'、SCR4'、SCR6'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述滞后组三相逆变器的滞后组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3,、IGBT5,、IGBTf、IGBT6,和IGBT2'组成，其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的集电极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的正极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4\IGBT6'和IGBT2'的发射极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的负极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4\IGBT6'和IGBT2'的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极还分别与滞后组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输入端与滞后组三相逆变器的三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3采用D/Y11接法，滞后组工频隔离变压器T3与滞后组主路静态开关装置之间设有由电容C41、C42、C43组成的电容组C4，滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输出端为A4、B5、C6 ;电容C41的一端分别与电容C43的一端和三相交流输出端A4连接，电容C41的另一端分别与电容C42的一端和三相交流输出端B4连接，电容C42的另一端分别与电容C43的另一端和三相交流输出端C4连接；滞后组工频隔离变压器T3和电容组C4组成滞后组LC低通滤波器，所述滞后组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12组成，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的一端分别与滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输出端A4、B4、C4连接，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的另一端分别与电源三相交流输出端连接；所述旁路静态开关装置由双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15组成，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的一端分别与电源三相交流输入端连接，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的另一端分别与电源三相交流输出端连接。进一步地，所述基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源还包括用于控制逆变器输出的同步控制单元，同步控制单元的输入端与电源三相交流输入端连接，同步控制单元设有两组输出端，一组输出端与超前组三相逆变器的控制端连接，另一组输出端与滞后组三相逆变器的控制端连接。进一步地，电源三相交流输入端与12脉波自耦移相变压器Tl之间设有三相输入开关装置CBl和熔断器组，熔断器组由熔断器FUSE1、FUSE2和FUSE3组成，熔断器FUSE1、FUSE2和FUSE3的一端与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端连接，熔断器FUSEU FUSE2和FUSE3的另一端与三相输入开关装置CBl的输出端连接，三相输入开关装置CBl的输入端与电源三相交流输入端连接。进一步地，所述熔断器FUSEl、FUSE2和FUSE3的一端与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP1、HP2和HP3。进一步地，超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极与超前组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP5 ;滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP6 ;超前组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP7、HP8和HP9，滞后组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T3的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP10、HPll和HP12 ;所述电源三相交流输出端设有断路器CB3，流断路器CB3的一端分别与超前组主路静态开关装置的输出端、滞后组主路静态开关装置的输出端和旁路静态开关装置的输出端对应连接，断路器CB3的另一端与电源三相交流输出端连接；旁路静态开关装置的输入端与电源三相交流输入端之间设有断路器CB2，电源三相交流输入端与电源三相交流输出端之间设有断路器CB4。结合附图2至附图5，12脉波自耦移相变压器Tl的输出两路三相电的相位相互之差为30度，参考附图2，市电输入的三相电A，B、C与进入超前组、滞后组6脉波组整流器的三相电(Al、BI、Cl)，(A2、B2、C2)相位差分别为15度和负15度，其中三相电(Al、BI、Cl)超前市电三相电(A，B、C) 15度，三相电(A2、B2、C1)滞后市电三相电(A，B、C) 15度；与超前组、滞后组三相逆变器的输入端连接的直流电源线相应的分为超前组直流母线和滞后组直流母线。三相电经过三相输入开关装置CBl、熔断器FUSEl、FUSE12、FUSE 13和检测整流器输入电流的霍尔电流传感器HPl、HP2、HP3，送到12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端，12脉波自耦移相变压器Tl将输入三相交流电源移相为两组相位对应互差为30度的三相交流电源超前组(A1、B1、C1)和滞后组(A2、B2、C2)。超前组(A1、B1、C1)三相交流电经过超前组可控三相整流电路整流成直流，经过超前组三相桥逆变电路变成交流电，通过超前组工频隔离变压器、LC滤波器和超前组主路静态开关装置输出与旁路输入的交流电源同频同相的纯净三相电。同理滞后组(A2、B2、C2)三相交流电经过滞后组可控三相整流电路(即滞后组6脉波组整流器)整流成直流，经过滞后组三相桥逆变电路(即滞后组三相逆、变器)变成交流电，通过滞后组工频隔离变压器、LC滤波器和滞后组主路静态开关装置输出与旁路输入的交流电源同频同相的纯净三相电。两组输出的交流电在同步控制单元(图5中未画出)的控制下，与旁路输入的交流电源同频同相，幅值也相差较小，可以可靠的并联在一起，经过输出断路器CB3给负载供电。同时，整流输入三相电源经过充电器给蓄电池组充电。当整流输入三相电源不正常时，超前组可控三相整流电路和滞后组可控三相整流电路都停止工作，蓄电池组通过二极管Dl、D2、JKl给超前组直流母线供电，通过二极管D3、D4、JK2给滞后组直流母线供电，保证两组三相逆变器能不间断的工作，给负载的供电也不会中断。如整流输入三相电源恢复正常，超前组可控三相整流电路和滞后组可控三相整流电路均恢复正常工作，JK1、JK2断开，充电器也恢复工作，进入正常工作模式。由于本UPS系统具有一定的冗余性，当其中任一组的三相整流电路或逆变电路出现故障时，另一组都能正常工作。如当两组三相逆变器均不能正常工作时，逆变输出的三相静态开关装置SCR7 — 9和SCRlO —12会断开，旁路三相静态开关装置SCR13 —15会闭合导通，由于此前逆变输出的三相电与旁路输入的交流电源同频、同相，因此UPS可不间断的切换到旁路工作，CB2为旁路输入断路器。当需要维护时，可通过UPS的维护旁路间断给负载供电，CB4为维护旁路的断路器；旁路的电源输入端可以与其他供电器的输入端连接，也可以与市电连接。本系统中的充电器输入输出闻频隔尚。 以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。
权利要求1.基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于其包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、12脉波自耦移相变压器Tl、两路并联连接的输出装置、储能装置、旁路静态开关装置和充电器；12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，12脉波自耦移相变压器Tl设有两组三相交流输出端，分别为超前组三相交流输出端和滞后组三相交流输出端，其中一路输出装置包括依次连接的超前组6脉波整流器、超前组三相逆变器、超前组工频隔离变压器T2以及超前组主路静态开关装置；另一路输出装置包括依次连接的滞后组6脉波整流器、滞后组三相逆变器、滞后组工频隔离变压器T3以及滞后组主路静态开关装置；所述超前组三相交流输出端与超前组6脉波整流器的三相交流输入端连接，滞后组三相交流输出端与滞后组6脉波整流器的三相交流输入端连接；超前组主路静态开关装置的三相交流输出端和滞后组主路静态开关装置的三相交流输出端分别与电源三相交流输出端连接，旁路静态开关装置的三相交流输出端亦与电源三相交流输出端连接；所述储能装置设有超前组输出端和滞后组输出端，超前组输出端与超前组三相逆变器的直流输入端连接，滞后组输出端与滞后组三相逆变器的直流输入端连接；储能装置的输入端与充电器的直流输出端连接，充电器的三相交流端与电源三相交流输入端连接，旁路静态开关装置的三相交流输入端亦与电源三相交流输入端连接。
2.根据权利要求I所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于12脉波自耦移相变压器Tl输出到上述并联两路的输出装置的三相交流电的相互相位差为30度。
3.根据权利要求I所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述储能装置包括蓄电池组和两个用于电流定向流动的定向耦合单元，一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的正极和滞后组三相逆变器的输入端的正极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的正极连接；另一个定向耦合单元的两个输出端分别与超前组三相逆变器的输入端的负极和滞后组三相逆变器的输入端的负极连接，且该定向耦合单元的输入端与蓄电池组的负极连接；所述充电器的直流输出端与蓄电池组连接；超前组6脉波组整流器的输出电压和滞后组6脉波组整流器的输出电压均高于所述蓄电池组的电压。
4.根据权利要求3所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述定向耦合单元包括两个二极管，所述一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，且所述一个定向耦合单元的两个二极管的负极均与蓄电池组的正极连接；所述另一个定向耦合单元的两个二极管的负极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极和滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，且所述另一个定向耦合单元的两个二极管的正极分别与蓄电池组的负极连接。
5.根据权利要求4所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述定向耦合单元还包括一个开关组，开关组包括两个开关装置，两个开关装置分别与 定向耦合单元的两个二极管并联连接。
6.根据权利要求4所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述储能装置还包括接触器JK1、JK2，分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管Dl、D2为超前组二极管，分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D3、D4为滞后组二极管；超前组二极管的两个二极管D1、D2分别并联接触器JKl的主触头，滞后组二极管的两个二极管D3、D4分别并联接触器JK2的主触头。
7.根据权利要求6所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述12脉波自耦移相变压器Tl为12脉波30度自耦移相变压器，所述超前组三相交流输出端为Al、BI、Cl ;所述滞后组三相交流输出端为A2、B2、C2 ;超前组6脉波组整流器的超前组可控三相整流电路由电感组LI和单向可控硅元件SCR1、SCR3、SCR5、SCR4、SCR6、SCR2以及电容Cl组成，其中电感组LI由电感L11、电感L12和电感L13组成，电感Lll的一端与Al端连接，电感Lll的另一端分别与单向可控娃元件SCRl的正极、SCR4的负极连接；电感L12的一端与BI端连接，电感L12的另一端分别与单向可控硅元件SCR3的正极、SCR6的负极连接；电感L13的一端与Cl端连接，电感L13的另一端分别与单向可控硅元件SCR5的正极、SCR2的负极连接；电容Cl的正极分别与单向可控硅元件SCR1、SCR3、SCR5的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容Cl的负极分别与单向可控硅元件SCR2、SCR4、SCR6的负极连接以及与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述超前组三相逆变器的超前组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBTI、IGBT3、IGBT5、IGBT4、IGBT6 和 IGBT2 组成，其中绝缘栅双极型晶体管 IGBTI、IGBT3 和GBT5的集电极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的正极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的发射极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的负极连接，超前组三相逆变器的直流输入端的负极与超前组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT3和GBT5的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT6和IGBT2的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT3和GBT5的发射极还分别与超前组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端与超前组三相逆变器的三相交流输出端连接；超前组工频隔离变压器T2采用D/Y11接法，超前组工频隔离变压器T2与超前组主路静态开关装置之间设有由电容C31、C32、C33组成的电容组C3，超前组工频隔离变压器T2的三相交流输出端为A3、B3、C3 ;电容C31的一端分别与电容C33的一端和三相交流输出端A3连接，电容C31的另一端分别与电容C32的一端和三相交流输出端B3连接，电容C32的另一端分别与电容C33的另一端和三相交流输出端C3连接；超前组工频隔离变压器T2和电容组C3组成超前组LC低通滤波器，所述超前组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9组成，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的一端分别与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输出端A3、B3、C3连接，双向可控硅元件SCR7、SCR8和SCR9的另一端分别与电源三相交流输出端连接；滞后组6脉波组整流器的滞后组可控三相整流电路由电感组L2和单向可控硅元件SCRf、SCR3'、SCR5'、SCRf、SCR6'、SCR2'以及电容C2组成，其中电感组L2由电感L21、电感L22和电感L23组成，电感L21的一端与A2端连接，电感L21的另一端分别与单向可控硅元件SCRf的正极、SCRf的负极连接；电感L22的一端与B2端连接，电感L22的另一端分别与单向可控硅元件SCR3'的正极、SCR6'的负极连接；电感L23的一端与C2端连接，电感L23的另一端分别与单向可控硅元件SCR5'的正极、SCR2'的负极连接；电容C2的正极分别与单向可控硅元件SCRr、SCR3'、SCR5'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接；电容C2的负极分别与单向可控硅元件SCR2\SCR4\SCR6'的负极连接以及与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；所述滞后组三相逆变器的滞后组三相桥逆变电路由绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'、IGBT5'、IGBTf、IGBT6'和IGBT2'组成，其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的集电极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的正极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT4\IGBT6'和IGBT2'的发射极分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的负极连接，滞后组三相逆变器的直流输入端的负极与滞后组6脉波组整流器的直流输出端的负极连接；绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管IGBT4\ IGBT6'和IGBT2'的集电极连接；其中绝缘栅双极型晶体管IGBIT、IGBT3'和GBT5'的发射极还分别与滞后组三相逆变器的三个三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输入端与滞后组三相逆变器的三相交流输出端连接；滞后组工频隔离变压器T3采用D/Y11接法，滞后组工频隔离变压器T3与滞后组主路静态开关装置之间设有由电容C41、C42、C43组成的电容组C4，滞后组工频隔离变压 器T3的三相交流输出端为A4、B5、C6 ；电容C41的一端分别与电容C43的一端和三相交流输出端A4连接，电容C41的另一端分别与电容C42的一端和三相交流输出端B4连接，电容 C42的另一端分别与电容C43的另一端和三相交流输出端C4连接；滞后组工频隔离变压器T3和电容组C4组成滞后组LC低通滤波器，所述滞后组主路静态开关装置由双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12组成，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的一端分别与滞后组工频隔离变压器T3的三相交流输出端A4、B4、C4连接，双向可控硅元件SCR10、SCRll和SCR12的另一端分别与电源三相交流输出端连接；所述旁路静态开关装置由双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15组成，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的一端分别与电源三相交流输入端连接，双向可控硅元件SCR13、SCR14和SCR15的另一端分别与电源三相交流输出端连接。
8.根据权利要求7所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于电源三相交流输入端与12脉波自耦移相变压器Tl之间设有三相输入开关装置CBl和熔断器组，熔断器组由熔断器FUSE I、FUSE2和FUSE3组成，熔断器FUSE I、FUSE2和FUSE3的一端与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端连接，熔断器FUSEl、FUSE2和FUSE3的另一端与三相输入开关装置CBl的输出端连接，三相输入开关装置CBl的输入端与电源三相交流输入端连接；所述熔断器FUSE1、FUSE2和FUSE3的一端设有霍尔电流传感器HP1、HP2和HP3，且熔断器FUSEl、FUSE2和FUSE3的一端分别通过霍尔电流传感器HPl、HP2和HP3与12脉波自耦移相变压器Tl的三相交流输入端连接。
9.根据权利要求8所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于所述基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源还包括用于控制逆变器输出的同步控制单元，同步控制单元的输入端与电源三相交流输入端连接，同步控制单元设有两组输出端，一组输出端与超前组三相逆变器的控制端连接，另一组输出端与滞后组三相逆变器的控制端连接。
10.根据权利要求9所述的基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源，其特征在于超前组6脉波组整流器的直流输出端的正极与超前组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP5 ;滞后组6脉波组整流器的直流输出端的正极与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极之间设有霍尔电流传感器HP6 ;超前组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T2的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP7、HP8和HP9 ，滞后组三相逆变器的交流输出端与超前组工频隔离变压器T3的三相交流输入端之间设有霍尔电流传感器HP10、HPll和HP12 ;所述电源三相交流输出端设有断路器CB3，断路器CB3的一端分别与超前组主路静态开关装置的输出端、滞后组主路静态开关装置的输出端和旁路静态开关装置的输出端对应连接，断路器CB3的另一端与电源三相交流输出端连接；旁路静态开关装置的输入端与电源三相交流输入端之间设有断路器CB2，电源三相交流输入端与电源三相交流输出端之间设有断路器CB4。
专利摘要本实用新型涉及一种UPS电源，尤其是基于自耦移相变压器和双六脉波整流的UPS电源。本实用新型包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、12脉波自耦移相变压器T1、两路并联连接的输出装置、储能装置、旁路静态开关装置和充电器；12脉波自耦移相变压器T1的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，12脉波自耦移相变压器T1设有两组三相交流输出端，分别为超前组三相交流输出端和滞后组三相交流输出端，所述输出装置包括依次连接的6脉波整流器、三相逆变器、工频隔离变压器以及主路静态开关装置。本实用新型采用两路并联输出装置，使得本实用新型的使用可靠性增加；同时将工频隔离变压器设置于两路输出装置的三相逆变器的后面，实现两路对称三相电的并联和隔离输出，有效降低了工频UPS电源整流侧整流变压器的额定功率、体积、重量以及成本。
文档编号H02M5/45GK202535279SQ20122013664
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者张胜发, 徐海波, 汪家荣 申请人:广东易事特电源股份有限公司